CN102728646B - 一种冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法，1）依据齿轮理论模型得到接触分析齿轮模型；2）生成模具型腔；3）确定考虑回弹后的有限元齿轮模型；4）与接触分析齿轮模型比较得到模型偏差；5）修正模具型腔，有限元计算，得到新的有限元直齿锥齿轮模型；6）将有限元直齿锥齿轮模型与接触分析齿轮模型比较，若满足尺寸精度要求则可；否则确定有限元直齿锥齿轮模型与接触分析齿轮模型的偏差；7）重复5-6）步，直到满足尺寸精度要求为止。本发明通过考虑齿形的修形、材料和模具回弹后确定直齿锥齿轮冷成形模具型腔尺寸，确保直齿锥齿轮齿形尺寸精度，确保直齿准齿轮冷成型后不用机械加工可以直接达到优良的接触和传动效果。

Description

一种冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法

技术领域

本发明涉及对齿轮冷成形工艺条件下直齿锥齿轮齿形的齿轮精度控制方法，是一种考虑了齿形的修形、材料和模具回弹后确定冷成形模具型腔尺寸的方法，属于金属塑性成形技术领域。

背景技术

齿轮传动作为动力传动的主体，在21世纪的成套机械装备中仍然是重要的基本部件。它具有恒功率输出、实用可靠、效率高、生产技术成熟等优点，因此，在传递动力，尤其是较大动力为主的场合，仍然具有不可取代的地位。

目前，人们已较成功地解决了金属切削加工方法、刀具、机床及轮齿啮合几何学等方面的问题，开发了多种切削加工机床及相应的计算机软件，并应用于工业实践。但其成产率和生产效率的底下，降低了企业的核心竞争力。若采用金属塑性成形特别是冷成形方法直接获得完整齿形，则齿面不需加工即可使用，塑性成形加工方法使金属三向受压，晶粒及组织变细，致密度提高，微观缺陷减少；使金属流线沿齿形连续均匀分布，提高了齿轮的机械性能。齿轮精锻与切削加工相比较，齿轮强度和疲劳寿命可提高20%，热处理变形减少30%。一般来说，可使生产效率提高1倍以上，材料利用率提高40%左右，批量生产成本降低30%以上。

齿轮冷成形加工方法开始出现于50年代，有模锻（热、温、冷）直齿锥齿轮、圆柱正齿轮和斜齿轮，（冷、热）挤压圆柱正齿轮、（冷、热）轧制圆柱正齿轮和斜齿轮。直齿锥齿轮采用精密成形技术生产已成为全球趋势，并取得了显著的经济效益。目前，圆柱直齿轮的精密成形技术也已趋于成熟。而国内外仅有少数学者对直齿锥齿轮的冷成形工艺、模具设计等进行了研究和探讨。初步研究了用冷成形方法将齿形锻出的工艺，取得了一些阶段性成果。但着眼点还停留在成形工艺的确定，没能够考虑成形加工过程中金属的变形、坯料尺寸、模具弹性变形及不均匀性、模具的磨损等因素对齿形精度的影响，因而未对齿面进行修形，不能获得高的齿形精度，因此不能获得具有良好传动性能的齿轮副。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可以确保冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法。

本发明解决技术问题的技术手段是这样实现的：

一种冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法，其步骤为：

1）依据直齿锥齿轮的理论模型，根据接触分析确定修形后的接触分析齿轮模型；

2）由接触分析齿轮模型生成冷成形工艺下的模具型腔；

3）根据模具型腔进行成形工艺有限元分析确定考虑回弹后的有限元齿轮模型；

4）将第3）步得到的有限元齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，得到两者的模型偏差；

5）根据模型偏差，利用反变形法修正模具型腔，根据修正后的模具型腔进行有限元计算，得到新的考虑回弹的有限元直齿锥齿轮模型；

6）将第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，若第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求，利用第5）步获得的修正模具型腔输出加工用型腔模型；否则确定第5）步的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型之间的偏差，然后进行下一步；

7）根据新的模型偏差，重复第5）-第6）步，直到有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求为止。

进一步地，所述第5）步的具体处理过程为：

5-1）将修形后的模具型腔取一个工作齿面进行数据处理，将该工作齿面接触部分用N+1条齿形曲线均匀的分成N份，N为自然数且≥2；

5-2）将每条齿形曲线再用M+1个点均匀地分成M段，M为自然数且≥2，整个工作齿面接触部分取得（N+1）×（M+1）个点；

5-3）将获得的（N+1）×（M+1）个点抽取坐标值，得到N+1条曲线上各点坐标值，提取这些点的锥齿轮成形回弹值ξ和模具的弹性变形量σ；

5-4）通过反补偿修正法，把各点的综合偏差值（ξ+σ）逐点反补偿到初始齿形曲线上对应点，经拟合得到新的齿形曲线，再由齿形曲线经过光顺拟合为新的修形齿面，即可得到与该修正后的模具型腔对应的有限元直齿锥齿轮模型。

本发明通过考虑齿形的修形、零件材料和模具回弹后确定直齿锥齿轮冷成形模具型腔尺寸，用来确保冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度，确保直齿准齿轮冷成型后不用机械加工可以直接达到优良的接触和传动效果。

附图说明

图1-本发明工艺流程图。

图2-本发明接触分析齿轮模型示意图。

图3-本发明模具型腔工作齿面接触部分分成N份、得到N+1条齿形曲线的示意图。

图4-整个工作齿面取得（N+1）×（M+1）个点的示意图。

图5-将各点的综合偏差值（ξ+σ）逐点反补偿到初始齿形曲面上对应点，经拟合得到新的修形齿面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法的流程如图1，其步骤为：

1）依据直齿锥齿轮的理论模型，根据接触分析确定修形后的接触分析齿轮模型，接触分析齿轮模型如图2所示；

2）由接触分析齿轮模型生成冷成形工艺下的模具型腔；

3）根据模具型腔进行成形工艺有限元分析确定考虑回弹后的有限元齿轮模型；

4）将第3）步得到的有限元齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，得到两者的模型偏差；此时的模型偏差就是回弹偏差，因为此时接触分析齿轮模型和型腔齿轮是一致的；

5）根据模型偏差，利用反变形法修正模具型腔，根据修正后的模具型腔进行有限元计算，得到新的考虑回弹的有限元直齿锥齿轮模型；

6）将第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，若第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求，利用第5）步获得的修正模具型腔输出加工用型腔模型；否则确定第5）步的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型之间的偏差，然后进行下一步；

7）根据新的模型偏差，重复第5）-第6）步，直到有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求为止。

所述第5）步的具体处理过程为：

5-1）将修形后的模具型腔取一个工作齿面进行数据处理，将该工作齿面接触部分用N+1条齿形曲线均匀的分成N份，N为自然数且≥2，如图3；

5-2）将每条齿形曲线再用M+1个点均匀地分成M段，M为自然数且≥2，整个工作齿面接触部分取得（N+1）×（M+1）个点，如图4；

5-3）将获得的（N+1）×（M+1）个点抽取坐标值，得到N+1条曲线上各点坐标值，提取这些点的锥齿轮成形回弹值ξ和模具的弹性变形量σ；

5-4）通过反补偿修正法，把各点的综合偏差值（ξ+σ）逐点反补偿到初始齿形曲线上对应点，经拟合得到新的齿形曲线，再由齿形曲线经过光顺拟合为新的修形齿面，即可得到与该修正后的模具型腔对应的有限元直齿锥齿轮模型，如图5。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度的控制方法，其特征在于：本方法通过考虑齿形的修形、零件材料和模具回弹后确定直齿锥齿轮冷成形模具型腔尺寸，用来确保冷成形直齿锥齿轮齿形尺寸精度，其步骤为：

1）依据直齿锥齿轮的理论模型，根据接触分析确定修形后的接触分析齿轮模型；

2）由接触分析齿轮模型生成冷成形工艺下的模具型腔；

3）根据模具型腔进行成形工艺有限元分析确定考虑回弹后的有限元齿轮模型；

4）将第3）步得到的有限元齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，得到两者的模型偏差；此时的模型偏差就是回弹偏差；

5）根据模型偏差，利用反变形法修正模具型腔，根据修正后的模具型腔进行有限元计算，得到新的考虑回弹的有限元直齿锥齿轮模型；

6）将第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型进行比较，若第5）步得到的有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求，利用第5）步获得的修正模具型腔输出加工用型腔模型；否则确定第5）步的有限元直齿锥齿轮模型与第1）步的接触分析齿轮模型之间的偏差，然后进行下一步；

7）根据新的模型偏差，重复第5）-第6）步，直到有限元直齿锥齿轮模型满足零件尺寸精度要求为止；

所述第5）步的具体处理过程为：

5-1）将修形后的模具型腔取一个工作齿面进行数据处理，将该工作齿面接触部分用N+1条齿形曲线均匀的分成N份，N为自然数且≥2；

5-2）将每条齿形曲线再用M+1个点均匀地分成M段，M为自然数且≥2，整个工作齿面接触部分取得（N+1）×（M+1）个点；

5-3）将获得的（N+1）×（M+1）个点抽取坐标值，得到N+1条曲线上各点坐标值，提取这些点的锥齿轮成形回弹值ξ和模具的弹性变形量σ；

5-4）通过反补偿修正法，把各点的综合偏差值（ξ+σ）逐点反补偿到初始齿形曲线上对应点，经拟合得到新的齿形曲线，再由齿形曲线经过光顺拟合为新的修形齿面，即可得到与该修正后的模具型腔对应的有限元直齿锥齿轮模型。